Kiểm tra chất lượng phần mềm

CHƯƠNG 6
KIỂM TRA CHẤT LƯỢNG PHẦN MỀM
Như đã nói ở trước, sản phẩm phần mềm được gọi là đúng nếu nó thực hiện
được chính xác những tiêu chuẩn mà người thiết kế đã đặt ra. Để có một đánh giá
chính xác về cấp độ đúng của phần mềm, ta phải kiểm tra chất lượng phần mềm. Như
thế, kiểm tra là quá trình tìm lỗi và nó là một đánh giá cuối cùng về các đặc tả, thiết kế
và mã hoá. Mục đích của kiểm tra là đảm bảo rằng tất cả các thành phần của ứng dụng
ăn khớp, vận hành như mong đợi và phù hợp các tiêu chuẩn thiết kế.
Trong chương này, chúng ta thảo luận các chiến lược kiểm tra phần mềm và
các kỹ thuật, phương pháp hiệu quả cho mỗi mức độ kiểm tra. Cuối cùng, các công cụ
hỗ trợ kiểm tra tự động và các công cụ hỗ trợ kiểm tra độc lập được trình bày để hỗ trợ
cho quá trình kiểm tra.
6.1. ĐỘ TIN CẬY CỦA PHẦN MỀM
6.1.1. Chất lượng phần mềm và việc đảm bảo chất lượng phần mềm
Kiểm tra chất lượng phần mềm là một hoạt động khó khăn để chấp nhận về mặt
ý thức vì chúng ta đang cân nhắc công việc của chúng ta hoặc của đồng nghiệp để tìm
lỗi. Sau quá trình làm việc trong nhóm và trở thành thành viên, chúng ta ngại tìm ra lỗi
và không phát hiện được ra chúng thông qua kiểm tra. Khi một người nào đó tiến hành
kiểm tra lại không phải là thành viên của dự án, ví dụ một chuyên gia kiểm tra, họ
được nhìn nhận như là một kẻ thù.
Thêm vào đó, kiểm tra chất lượng phần mềm lại là một hoạt động khó được
chấp nhận đối với việc quản lý vì nó tốn kém, mất thời gian và hiếm khi phát hiện
được lỗi. Kết quả là phần lớn các ứng dụng không được kiểm tra đầy đủ và được phát
hành với lỗi tiềm ẩn.
Tuy vậy, chất lượng phần mềm cao là một mục tiêu quan trọng của nhóm phát
triển phần mềm. Do vậy, cần và phải đảm bảo các tiêu chuẩn của phần mềm như đã đề
cập ở chương 2. Đảm bảo chất lượng phần mềm là một hoạt động có hệ thống và kế
hoạch. Nó bao gồm nhiều nhiệm vụ liên kết với các hoạt động chính sau:
+ Áp dụng các phương pháp kỹ thuật,
+ Tiến hành các cuộc xét duyệt kỹ thuật chính thức,
+ Kiểm thử phần mềm,

+ Buộc tôn trọng các chuẩn,
+ Kiểm soat thay đổi,
+ Đo chất lượng,
+ Báo cáo, lưu giữ kết quả.
Chương 6: Kiểm tra chất lượng phần mềm
Theo chuẩn ANSI/IEEE, kế hoạch đảm bảo chất lượng phần mềm như sau:
I. Mục đích của kế hoạch
II. Tham khảo
III. Quản lý
A. Tổ chức
B. Nhiệm vụ
C. Trách nhiệm
IV. Tài liệu
A. Mục đích
B. Tài liệu công nghệ phần mềm cần thiết
C. Các tài liệu khác
V. Chuẩn, thực hành và quy ước
A. Mục đích
B. Quy ước
VI. Xét duyệt và kiểm toán
A. Mục đích
B. Các yêu cầu xét duyệt
1. Xét duyệt yêu cầu phần mềm
2. Xét duyệt thiết kế
3. Kiểm chứng phần mềm và xét duyệt hợp lệ
4. Kiểm toán chức năng
5. Kiểm toán vật lý
6. Kiểm toán trong tiến trình
7. Xét duyệt quản lý
VII. Quản lý cấu hình phần mềm

VIII. Báo cáo vấn đề và cách sửa chữa
IX. Công cụ, kỹ thuật và phương pháp luận
X. Kiểm soát mã
XI. Kiểm soát phương tiện
XII. Kiểm soát người cung cấp
XIII. Thu thập bảo trì và ghi nhớ báo cáo
Việc đảm bảo chất lượng phần mềm là một hoạt động bản chất cho bất kỳ nhóm
phát triển phần mềm nào sản xuất ra phần mềm cho người sử dụng.
6.1.2. Độ tin cậy của phần mềm
6.1.2.1. Các lỗi thường gặp
Khi phân tích chất lượng, phần mềm thường gặp một số lỗi như:
+ Lỗi chiến lược: ý đồ thiết kế sai
+ Phân tích các yêu cầu không đầy đủ hoặc lệch lạc
+ Hiểu sai về các chức năng
+ Vi phạm nguyên lý đối tượng
+ Lỗi tại các thủ tục chịu tải, đây là những lỗi nặng.
+ Lỗi lây lan: lỗi được truyền từ chương trình này sang chương trình khác
+ Lỗi cú pháp: viết sai quy định của ngôn ngữ.
118
Chương 6: Kiểm tra chất lượng phần mềm
+ Hiệu ứng phụ: lỗi xảy ra khi một đơn vị chương trình làm thay đổi giá trị
của một biến ngoài ý kiến của lập trình viên.
Các lỗi của phần mềm tuân theo nguyên lý mức độ lỗi:
a) Mức chịu tải tăng theo chiều đi xuống: lỗi phát ra ở mức dưới được xem
là nặng hơn ở mức trên.
b) Lỗi nặng nhất nằm ở mức cao nhất (ý đồ thiết kế ) và ở mức thấp nhất
(thủ tục chịu tải lớn nhất)
Do vậy, khi phát triển phần mềm, cần đảm bảo nguyên lý an toàn là: Mọi lỗi dù
nhỏ lớn đều phải được phát hiện ở một bước nào đó của chương trình, trước khi lỗi đó
hoành hành.

6.1.2.2. Độ tin cậy của phần mềm
Độ tin cậy của một hệ phần mềm là độ đo về mức độ tốt của các dịch vụ mà hệ
cung cấp cho máy tính. Cần chú ý là người dùng không xét rằng các dịch vụ là quạn
trọng như nhau: chẳng hạn một hệ điều khiển máy bay có thể rất, rất hiếm khi thất bại,
nhưng nếu chúng có thất bại gây ra tai nạn máy bay thì các người bị nạn và thân nhân
người bị nạn không thể xem hệ đó là đáng tin.
Độ tin cậy là một đặc trưng động của hệ thống, nó là một hàm của số các thất
bại phần mềm. Một thất bại phần mềm là một sự kiện thi hành mà khi đó phần mềm
hành xử không như người ta mong đợi. Chú ý rằng một thất bại phần mềm khác nột hư
hỏng phần mềm. Hư hỏng phần mềm là một đặc trưng tĩnh, và nó sẽ gây ra thất bại
phần mềm khi mà mã lỗi được thi hành với một tập hợp đặc biệt các thông tin vào.
Các hư hỏng không phải luôn luôn xuất đầu lộ diện, vì vậy đọ tin cậy phụ thuộc vào
việc sử dụng hệ thống như thế nào. Không thể đưa ra một phát biểu đơn giản và khái
quát về độ tin cậy phần mềm.
Các hư hỏng phần mềm không phải là các khuyết tật của chương trình. Một
hành xử bất ngờ có thể xảy ra khi mà phần mềm phù hợp với các yêu cầu của nó,
nhưng mà chính các yếu tố đó lại không đầy đủ. Các sai sót trong các tư liệu phần
mềm cũng có thể dẫn đến các hành vi bất ngờ mặc dầu rằng phần mềm không có
khiếm khuyết.
Có công trình nghiên cứu đã chỉ ra rằng có thể rút bỏ 60% các khiếm khuyết
mà chỉ có thể cải tạo được 3% độ tin cậy. Cũng có người đã chú ý rằng nhiều khiếm
khuyết trong sản phẩm chỉ là kết quả của hàng trăm hoặc hàng nghìn tháng sử dụng.
6.1.2.3. Một số đánh giá vì độ tin cậy
1. Đặc tả độ tin cậy phần mềm: gồm các bước
+ Phân tích hệ quả của các thất bại.
+ Chia các thất bại thành các nhóm khác nhau.
+ Thiết lập các yêu cầu về độ tin cậy bằng cách sử dụng các độ đo thích hợp
cho từng loại.
119
Chương 6: Kiểm tra chất lượng phần mềm

2. Đo độ tin cậy: theo một vài cách đo như sau
+ Xác suất thất bại tính theo đòi hỏi.
+ Tỷ lệ xuất hiện thất bại
+ Thời gian trung bình giữa hai thất bại kế tiếp nhau.
+ Độ đo mức sẵn sàng hoạt động của hệ.
3. Thử nghiệm tĩnh
Mục tiêu chủ yếu của thử nghiệm tĩnh là xác định độ tin cậy của phần mềm chứ
không phải là xác định các hư hỏng phần mềm.
Quá trình thử nghiệm tĩnh liên quan đến 4 bước sau:
i) Xác định độ đo thao tác phần mềm. Độ đo thao tác là một mẫu sử dụng phần
mềm và xác định mẫu đó liên quan đến việc phát hiện các lớp thông tin vào của
chương trình và ước tính xác suất của chúng.
ii) Chọn ra hoặc sinh ra một tập các dữ liệu thử tương ứng với độ đo đó.
iii) Áp dụng các trường hợp thử chương trình, ghi lại độ dài thời gian thi hành
giữa mỗi cặp thất bại quan sát được. Thích hợp hơn là dùng thời gian thô, với đơn vị
thời gian thích hợp cho độ đo mức tin cậy.
iv) Tính toán độ đo mức tin cậy sau một số đáng kể (về mặt thống kê) các thất
bại đã quan sát được.
4. An toàn phần mềm
Có những hệ thống mà thất bại của nó có thể gây ra một mối đe dọa tính mạng
con người. Thí dụ về hệ thống an toàn sinh mệnh như vậy là hệ thống điều khiển máy
bay.
Có hai lớp phần mềm an toàn sinh mệnh.
i) Các phần mềm an toàn sinh mệnh sơ cấp: các phần mềm lồng nhúng trong
một hệ phần cứng dùng để điều khiển quá trình khác mà sự làm việc sai sót của nó có
thể trực tiếp gây ra thương vong hoặc phá hủy môi trường sống của con người.
ii) Các phần mềm an toàn sinh mệnh thứ cấp: các phần mềm có thể gián tiếp
gây ra thương vong. Thí dụ hệ thống phần mềm trợ giúp thiết kế kỹ thuật, hệ thống cơ
sở dữ liệu y tế liên quan đến các chất độc bảng A.
5. Thử nghiệm khiếm khuyết

Thử nghiệm chương trình có hai mục đích: thứ nhất là chỉ ra rằng hệ thống là
phù hợp với các đặc tả của nó, thứ hai là thực hành hệ thống theo một cách sao cho các
khuyêt tật được phơi ra. Các thử nghiệm với mục đích thứ nhất chính là các thẩm định,
nó là các thử nghiệm để chấp nhận. Các thử nghiệm cho mục đích thứ hai lại khác
hẳn: thử nghiệm thành công nhất là thử nghiệm phơi ra được nhiều khuyết tật nhất.
Các thử nghiệm có thể được phát triển song song với việc thiết kế và thực hiện
bởi những người không dính dáng tới việc thiết kế.
120
Chương 6: Kiểm tra chất lượng phần mềm
6.1.2.4. Lập trình vì độ tin cậy
Lập trình là một là một công đoạn phụ thuộc nhiều vào kỹ xảo cá nhân, sự chú
ý đến các chi tiết và kiến thức về việc làm như thế nào để sử dụng các công cụ sẵn có
theo cách thức tốt nhất. Nhu cầu các hệ thống đáng tin là đang tăng lên vì vậy cần có
các kỹ thuật chuyên biệt nhằm đạt được một hệ thống tin cậy được. Hiện nay, có hai
kỹ thuật để tăng độ tin cậy phần mềm khi viết các chương trình ứng dụng là: tránh lỗi
và tha thứ lỗi.
1. Tránh lỗi
Tất cả các kỹ sư phần mềm hẳn đều muốn sản ra các phần mềm không có lỗi.
Một quá trình phát triển dựa vào việc phát hiện lỗi và trừ khử lỗi chứ không phải là
tránh lỗi là một quá trình kém cõi và lỗi thời.
Phần mềm không có lỗi ở đây là phần mềm tuân theo đúng đặc tả. Nói chung,
nó có thể có lỗi trong đặc tả hoặc có thể không phản ánh đúng các nhu cầu của người
sử dụng vậy là phần mềm không có lỗi không nhất thiết là các phần mềm luôn luôn
hành xử như người dùng dự đoán.
Việc phát triển phần mềm không có lỗi là một việc rất đắt đỏ, và khi mà một số
lỗi đã được tháo khỏi chương trình thì giá cả cho việc tìm và tháo lỗi còn lại có xu
hướng tăng theo hàm số mũ. Do đó một tổ chức có thể quyết định chấp nhận một vài
lỗi còn lưu lại. Tính về mặt giá cả thì thà rằng chịu tiền chi trả cho các thất bại của hệ
thống do các lỗi đó gây ra còn hơn là đi phát hiện tháo gỡ các lỗi đó trước khi phân
phối.

Tránh lỗi và phát triển phần mềm vô lỗi dựa trên:
+ Sản phẩm của một đặc tả hệ thống chính xác.
+ Chấp nhận một cách tiếp cận thiết kế phần mềm dựa trên việc che dấu thông
tin và bao gói thông tin.
+ Tăng cường việc duyệt lại trong quá trình phát triển và thẩm định hệ phần
mềm.
+ Chấp nhận triết lý chất lượng tổ chức: chất lượng là bánh lái của quá trình
phát triển phần mềm.
+ Việc lập kế hoạch cẩn thận cho việc thử nghiệm hệ thống để trưng ra các lỗi
mà các lỗi này chưa được phát hiện trong quá trình duyệt lại và để định lượng độ tin
cậy của hệ thống.
2. Thứ lỗi
Ngay với một hệ vô lỗi thì vẫn cần một tiện ích thứ lỗi: đó là vì có thể có các
lỗi đặc tả. Một tiện ích thứ lỗi là cần thiết cho một hệ thống đáng tin cậy.
Có bốn hoạt động cần phải tiến hành nếu hệ thống phải là thứ lỗi:
+ Phát hiện lỗi
+ Định ra mức độ thiệt hại
+ Hồi phục sau khi gặp lỗi. Hệ thống phải hồi phục về trạng thái mà nó biết là
an toàn. Cũng có thể là chỉnh lý trạng thái bị hủy hoại (hồi phục tiến), cũng có thể là
lui về một trạng thái trước mà an toàn (hồi phục lùi).
121
Chương 6: Kiểm tra chất lượng phần mềm
+ Chữa lỗi. Cải tiến hệ thống để cho lỗi đó không xuất hiện nữa. Trong nhiều
trường hợp sự thất bại của phần mềm là tàng hình và gây ra bởi một tổ hợp đặc biệt
của thông tin vào.
3. Xử lý bất thường
Một sai loại nào đó hoặc một sự cố bất ngờ xuất hiện thì ta gọi chúng là một bất
thường. Các bất thường có thể do phần cứng cũng có thể do phần mềm. Khi mà một
bất thường không được dự đoán thì bộ điều khiển sẽ chuyển cho cơ chế xử lý bất
thường hệ thống. Nếu một bất thường đã được dự đoán thì mã phải bao gồm cả việc

phát hiện và việc xử lý bất thường đó.
Hầu hết các ngôn ngữ lập trình là không có các tiện ích để phát hiện và xử lý
bất thường.
Các bất thường có thể được ghi lại bằng cách dùng một biến Logic nhằm chỉ ra
rằng có một bất thường đã xuất hiện.
4. Lập trình phòng thủ
Lập trình phòng thủ là cách phát triển chương trình mà người lập trình giả định
rằng các mâu thuẫn hoặc các lỗi chưa được phát hiện có thể tồn tại trong chương trình.
Mã sẽ có phần kiểm tra trạng thái hệ thống sau khi biến đổi và phải đảm bảo rằng sự
biến đổi trạng thái là kiên định. nếu phát hiện một mâu thuẫn thì việc biến đổi trạng
thái là phải rút lại và trạng thái phải trở về trạng thái đúng đắn trước đó.
Lập trình phòng thủ là một cách thứ lỗi, mà được tiến hành không cần bộ điều
khiển thứ lỗi. Về cơ bản quá trình vẫn là: phát hiện lỗi, đánh giá lỗi, và phục hồi sau
lỗi. Nói chung một lỗi gây ra một sự sụp đổ trạng thái: các biến trạng thái được gắn
các trị không hợp luật. Ngôn ngữ lập trình như Ada cho phép phát hiện các lỗi đó ngay
trong thời gian biên dịch. Tuy nhiên việc kiểm tra biên dịch chỉ hạn chế cho các giá trị
tĩnh và một vài phép kiểm tra thời gian thực là không thể tránh được.
Một cách để phát hiện lỗi trong chương trình Ada là dùng cơ chế xử lý bất
thường kết hợp với đặc tả miền trị.
Hồi phục lỗi là một quá trình cải biên không gian trạng thái của hệ thống sao
cho hiệu ứng của lỗi là nhỏ nhất và hệ thống có thể tiếp tục vận hành, có lẽ là trong
một mức suy giảm. Hồi phục tiến liên quan đến việc cố gắng chỉnh lại trạng thái hệ
thống. Hồi phục lùi liên quan đến việc lưu trạng thái của hệ thống ở một trạng thái
đúng đã biết.
Hồi phục tiến thường là một chuyên biệt ứng dụng, mà kiến thức miền được sử
dụng để tính ra các sự chỉnh lý có thể. Tuy nhiên có hai tình thế chung mà khi đó hồi
phục tiến có thể thành công:
1) Khi dữ liệu mã đã bị sụp. Việc sử dụng mã hóa thích hợp bằng cách thêm
các dữ liệu dư thừa vào dữ liệu cho phép sửa sai khi phát hiện lỗi.
2) Khi cấu trúc nối bị sụp. Nếu các con trỏ tiến và lùi đã có trong cấu trúc dữ

liệu thì cấu trúc đó có thể tái tạo nếu như còn đủ các con trỏ chưa bị sụp. Kỹ thuật này
thường được dùng cho việc sửa chữa hệ thống tệp và cơ sở dữ liệu.
122
Chương 6: Kiểm tra chất lượng phần mềm
Hồi phục lùi là một kỹ thuật đơn giản liên quan đến việc duy trì các chi tiết của
trạng thái an toàn và cất giữ trạng thái đó khi mà một sai đã bị phát hiện. Hầu hết các
hệ quản trị cơ sở dữ liệu đều có bộ phục hồi lỗi. Cơ sở dữ liệu chỉ cập nhật dữ liệu một
khi giao dịch đã hoàn tất và không phát hiện được vấn đề gì. Nếu giao dịch thất bại thì
cơ sở dữ liệu không được cập nhật.
Một kỹ thuật khác là thiết lập các điểm kiểm tra thường kỳ mà chúng là các bản
sao của trạng thái hệ thống. Khi mà một lỗi được phát hiện thì trạng thái an toàn đó
được tái lưu kho từ điểm kiểm tra gần nhất.
Không may là khi hệ thống dính líu tới nhiều quá trình hợp tác thì dãy các thao
tác có thể là các điểm kiểm tra của các quá trình đó là không đồng bộ và để phục hồi
thì mỗi quá trình phải lần trở lại trạng thái ban đầu của nó.
6.2. KIỂM TRA VÀ CÁC CHIẾN LƯỢC KIỂM TRA PHẦN MỀM
6.2.1. Đặc điểm của kiểm tra phần mềm
Xác minh và thẩm định một hệ phần mềm là một quá trình liên tục xuyên suốt
mọi giai đoạn của quá trình phần mềm. Xác minh và thẩm định là từ chung cho các
quá trình kiểm tra để đảm bảo rằng phần mềm thỏa mãn các yêu cầu của chúng và các
yêu cầu đó thỏa mãn các nhu cầu của người sắm phần mềm.
Xác minh và thẩm định là một quá trình kéo dài suốt vòng đời. Nó bắt đầu khi
duyệt xét yêu cầu. Xác minh và thẩm định có hai mục tiêu:
i) Phát hiện các khuyết tật trong hệ thống.
ii) Đánh giá xem hệ thống liệu có dùng được hay không?
Sự khác nhau giữa xác minh và thẩm định là:
i) Thẩm định: Xem xét cái được xây dựng có là sản phẩm đúng không? Tức là
kiểm tra xem chương trình có được như mong đợi của người dùng hay không.
ii) Xác minh: Xem xét cái được xây dựng có đúng là sản phẩm không? Như
thế, xác minh là kiểm tra chương trình có phù hợp với đặc tả hay không.

Như trên, kiểm tra là một quá trình của tìm kiếm lỗi. Một kiểm tra tốt có khả
năng cao tìm kiếm các lỗi chưa được phát hiện. Một kiểm tra thành công là kiểm tra
tìm ra các lỗi mới, một kiểm tra tồi là kiểm tra mà không tìm được lỗi.
Có hai kiểu lỗi trong ứng dụng và các kiểm tra tốt sẽ xác định cả hai loại đó. Cụ
thể:
• Không làm những điều cần phải làm: lỗi bỏ sót thường xuất hiện đối với
ứng dụng mới được phát triển.
• Làm những điều không cần làm: lỗi của lệnh đã cư trú trước trong các ứng
dụng bảo trì.
Các kiểm tra có mặt tại các mức khác nhau và được tiến hành bởi các cá nhân
khác nhau trong quá trình phát triển ứng dụng. Các kiểm tra được tiến hành bởi đội
ngũ dự án và kiểm tra được tiến hành bởi các cơ quan bên ngoài để chấp nhận ứng
dụng.
123
Chương 6: Kiểm tra chất lượng phần mềm
Các kiểm tra của đội dự án được gọi là kiểm tra phát triển (Development test).
Kiểm tra phát triển bao gồm kiểm tra đơn vị, kiểm tra hệ thống con, kiểm tra tích hợp
và các kiểm tra hệ thống.
• Kiểm tra đơn vị (Unit test) được tiến hành cho mỗi đơn vị mã nhỏ nhất.
• Kiểm tra tích hợp (Subsystem integration test) kiểm tra mặt logic và xử lý
cho phù hợp của các khối, kiểm tra việc truyền tin giữa chúng.
• Kiểm tra hệ thống (System test) đánh giá các đặc tả chức năng có được đáp
ứng, các thao tác giao diện người có giống thiết kế không, và các công việc
của ứng dụng trong môi trường thao tác mong muốn, đối với các ràng buộc.
Các kiểm tra bởi các cơ quan bên ngoài được gọi là đảm bảo chất lượng
(Quality assurance-QA) và kiểm tra chấp nhận (Acceptance test). Người ngoài có thể
là người sử dụng hoặc đại diện người dùng, nó tạo một mục đích, đánh giá khách quan
về ứng dụng và cơ quan bên ngoài được coi là có mục đích hơn các thành viên nhóm.
Kiểm tra đảm bảo chất lượng tương tự các kiểm tra hệ thống về mặt mục đích
và tiến hành, nhưng nó khác là họ nằm ngoài sự điều khiển của dự án trưởng. Các báo

cáo kiểm tra đảm bảo chất lượng được gửi thường xuyên tới nhóm phát triển và quản
lý dự án. Các kiểm tra viên đảm bảo chất lượng lập kế hoạch cho chiến lược của mình
và tiến hành kiểm tra để đảm bảo các ứng dụng thực hiện tất cả các chức năng cần
thiết. Kiểm tra đảm bảo chất lượng là kiểm tra cuối cùng được làm trước khi ứng dụng
được đưa sản xuất đại trà.
Quan hệ giữa các mức kiểm tra và các giai đoạn trong vòng đời của chương
trình được trình bày như sau:
Mỗi mức kiểm tra đòi hỏi xác định chiến lược kiểm tra. Chiến lược kiểm tra
hộp trắng hoặc kiểm tra hộp đen.
124
Các giai đoạn phát triển ứng dụng
Phạm vi và mục tiêu
Yêu cầu chức năng/Thiết kế logic
Thiết kế vật lý
Đặc tả mô hình cấu trúc chương trình
Mã hoá module/chương trình
Kiểm tra đơn vị
Kiểm tra tích hợp
Kiểm tra hệ thống
QA/Kiểm tra chấp thuận
Các kiểu kiểm tra